Des physiciens traquent le fantôme qui hante le plus célèbre accélérateur de particules au monde
En 2026, le Synchrotron à protons supervisé (SPS) du CERN fêtera ses 50 ans – avec un "fantôme" de résonance dans ses entrailles. Une équipe internationale de physiciens vient de modéliser ce phénomène énigmatique en 4D, révélant des implications cruciales pour la physique des particules.
Dans une étude publiée dans Nature Physics, des chercheurs du CERN et de l'Université Goethe de Francfort ont identifié des lignes de résonance fixes affectant le comportement des particules dans l'anneau de 6,9 km de circonférence. Ce phénomène tridimensionnel évoluant dans le temps nécessite un système d'équations en quatre dimensions pour être correctement décrit.
Le SPS, pièce maîtresse historique du complexe d'accélérateurs du CERN depuis les années 1970, reste indispensable pour la recherche moderne. Son récent upgrade du système d'extraction de faisceau en 2019 n'a pas empêché l'apparition de ce "fantôme" résiduel que les scientifiques se devaient de cartographier.
Comme le café qui déborde lorsqu'on marche ou les super-rebonds synchronisés sur un trampoline, ces résonances résultent d'interactions d'ondes amplifiant localement l'énergie. Dans le SPS, cela se traduit par une dégradation du faisceau photonique – un problème critique pour les expériences de haute précision.
Les chercheurs expliquent : "En physique des accélérateurs, comprendre ces résonances et dynamiques non linéaires est crucial pour éviter la perte de particules". La complexité augmente avec le nombre de degrés de liberté et de composants mobiles générant chacun leurs vibrations.
Bien que les particules dans le SPS n'aient que deux degrés de liberté principaux, les imperfections matérielles – notamment des aimants légèrement variables – créent des distorsions. L'équipe a mesuré ces effets autour de l'anneau pour construire un modèle mathématique de section de Poincaré en 4D.
Cette approche innovante, comparable à une IRM dynamique, permet de visualiser comment les lignes fixes prédisent les zones de concentration particulaire. Les résultats pourraient guider la conception de futurs accélérateurs et améliorer les recherches sur la fusion nucléaire, où les interférences harmoniques posent des défis similaires.
